JP2020032475A

JP2020032475A - 工具識別装置及び工具識別システム

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Publication number: JP2020032475A
Application number: JP2018158903A
Authority: JP
Inventors: 太郎小木曽; Taro Ogiso
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2020-03-05
Anticipated expiration: 2038-08-28
Also published as: JP7160602B2

Abstract

【課題】工作機械に取り付けられた工具を自動乃至半自動で特定することを可能とする工具識別装置及び工具識別システムを提供すること。
【解決手段】本発明の工具識別装置は、工作機械２に取り付けられた識別対象工具の画像を撮像した画像データを取得する工具画像取得部１００と、画像データから識別対象工具の形状を認識することにより該識別対象工具の工具の種類を識別する工具種類識別部１１０と、識別対象工具の工具寸法特徴量を画像データから測定する工具寸法特徴量測定部１２０と、工具寸法特徴量測定部１２０が測定した工具寸法特徴量を工具データベース２００と照合し、工具データベース２００に登録されたそれぞれの工具について識別対象工具が当該工具である尤度を算出する照合部１３０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、工具識別装置及び工具識別システムに関する。

生産システムにおいて、管理下にある複数の工作機械に取り付けられている工具を一元管理すると、例えば生産計画を立てる時に、いずれの工作機械でどの様な加工を行うことができるのかを把握できたり、工具のメンテナンス状態を管理できたりする等、さまざまな面で利便性がある。このように工具情報を生産システムで一元管理する場合、いずれの工具がいずれの工作機械の工具マガジンやタレットが備えるいずれのポットに取り付けられているか、という工具セット状況を何らかの形で設定する必要がある。

一般に、工場において用いられる工具は、工場全体での工具管理に利用される工具固有のＩＤである工具ＩＤを用いて管理する。即ち、生産システムにおいて、管理下にある複数の工作機械の工具マガジンやタレットに取り付けられている工具を一元管理するためには、工具を管理している工具データベースに登録される工具ＩＤと、数値制御装置（ＣＮＣ）上で用いられる工具情報とが１対１の関係をなすように関連付ける必要がある。

工作機械の工具マガジンやタレットに取付けられた工具と、工具データベース上の工具ＩＤとを関連付ける方法として、例えばオペレータが手入力で、工作機械の工具マガジンやタレットに取り付けられた工具と、工具ＩＤとを関連付ける事が考えられる。このようにする場合、オペレータは加工指示書や生産管理部門の指示に基づいて、工具を工作機械の工具マガジンやタレットに取り付けて、数値制御装置が必要とする工具情報を入力するか、あるいは、オペレータは手入力で、工具ＩＤと、その工具をセットした工作機械の識別情報及び取り付け先のポット番号を、工具データベースに通知することになる（例えば、特許文献１等）。

また、工作機械の工具マガジンやタレットに取付けられた工具と、工具データベース上の工具ＩＤとを関連付ける他の方法として、工場によっては工具に工具ＩＤを二次元コード等で印字して管理している場合もあるので、この様な管理方法を取っている場合には、工具を工作機械の工具マガジンやタレットに取り付ける際に、工具に印字された工具ＩＤを読取り、読み取った工具ＩＤを工作機械の識別情報及び取り付け先のポット番号と共に工具データベースに通知することで工具ＩＤとだけ工作機械の工具マガジンやタレットに取り付けられた工具と、工具ＩＤとを関連付けることができる（例えば、特許文献２等）。

特開２００４−１４２０２５号公報特開昭６１−１１４３１０号公報

しかしながら、オペレータが手入力で工作機械の工具マガジンやタレットに取り付けられた工具と工具ＩＤとを関連付ける方法では、入力作業が煩わしいという問題や、オペレータによる入力ミスが発生する可能性があるという問題が生じる。
また、工具に印字された工具ＩＤを読み取る方法では、工場は工具に二次元コード等で表現された工具ＩＤを生成及び印字するための設備を用意する必要がありコスト面での問題が生じる。また、工具に印字された工具ＩＤは工具使用過程の磨耗で読取不能になる可能性があり、また、関連付けの作業は、取り付け位置の誤り等による関連付けミスを無くすために、工作機械の工具マガジンやタレットに工具を取り付けた状態で行われることが望ましいが、取り付ける工具をポットに取り付けた状態では印字された工具ＩＤが工具ホルダや刃物台の影に隠れて読み取れなくなる場合も多いため、適確に工作機械に取り付けられた工具と工具ＩＤとの関連付けが行える作業手順の構築が困難である。

そこで本発明の目的は、工作機械に取り付けられた工具を自動乃至半自動で識別することを可能とする工具識別装置及び工具識別システムを提供することである。

本発明の工具識別装置は、工作機械の工具マガジンやタレットに工具を取り付けた際に、ロボットビジョン等の撮像装置で取り付けた工具自体を撮像し、撮像した結果として得られた画像データを解析することにより、取り付けられた工具を特定することで、上記課題を解決する。本発明の工具識別装置は、撮像して得られた画像データに写っている工具の概形から工具の種類を識別した上で、それぞれの工具の種類毎に設定されている該工具の特徴を示す形状特徴項目を当該画像から取得し、取得した工具の形状特徴項目と、工具データベースに登録されている各工具の形状特徴項目とを照合し、最も尤度が高い工具を工作機械にセットされた工具であると特定する。本発明の工具識別装置は、特定した工具の工具ＩＤと、工作機械の識別情報及び取り付け先のポット番号を自動的に関連付けるようにしても良いし、オペレータに対して登録候補として工具の情報を提供し、オペレータの操作に基づいて工作機械の識別情報及び取り付け先のポット番号を自動的に関連付けるようにしても良い。

そして、本発明の一態様は、工具の種類毎に、該工具の種類の概略形状と、該工具の種類に属する工具を特定するための工具寸法特徴項目が定義された工具仕様データベース、及び、工具毎に、該工具を一意に識別可能な工具ＩＤと、少なくとも該工具の種類に応じた前記工具寸法特徴項目の工具寸法特徴量が関連付けられた工具管理データが記憶された工具データベースと通信可能に接続され、工作機械に取り付けられた少なくとも１つの工具を識別する工具識別装置において、前記工作機械に取り付けられた識別対象工具の画像を撮像した画像データを取得する工具画像取得部と、前記工具仕様データベースに記憶された工具の種類毎に定義された工具の種類の概略形状を参照し、前記画像データから前記識別対象工具の形状を認識することにより該識別対象工具の工具の種類を識別する工具種類識別部と、前記工具仕様データベースを参照して、前記識別対象工具の工具の種類に対応する工具寸法特徴項目を特定し、特定した工具寸法特徴項目に係る前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記画像データから測定する工具寸法特徴量測定部と、前記工具寸法特徴量測定部が測定した工具寸法特徴量を前記工具データベースと照合し、前記工具データベースに登録されたそれぞれの工具について、前記識別対象工具が当該工具である尤度を算出する照合部と、を備え、前記照合部により算出された尤度に基づいて、前記識別対象工具が前記工具データベースに登録されたいずれの工具であるのかを識別する、工具識別装置である。

本発明の他の態様は、工具の種類毎に、該工具の種類の概略形状と、該工具の種類に属する工具を特定するための工具寸法特徴項目が定義された工具仕様データベース、及び、工具毎に、該工具を一意に識別可能な工具ＩＤと、少なくとも該工具の種類に応じた前記工具寸法特徴項目の工具寸法特徴量が関連付けられた工具管理データが記憶された工具データベースと、前記工具仕様データベース及び前記工具データベースと通信可能に接続された工具識別装置を備えた工具識別システムにおいて、前記工具識別装置は、前記工作機械に取り付けられた識別対象工具の画像を撮像した画像データを取得する工具画像取得部と、前記工具仕様データベースに記憶された工具の種類毎に定義された工具の種類の概略形状を参照し、前記画像データから前記識別対象工具の形状を認識することにより該識別対象工具の工具の種類を識別する工具種類識別部と、前記工具仕様データベースを参照して、前記識別対象工具の工具の種類に対応する工具寸法特徴項目を特定し、特定した工具寸法特徴項目に係る前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記画像データから測定する工具寸法特徴量測定部と、を備え、前記工具識別システムは、前記工具識別装置と通信可能に接続され、前記工具寸法特徴量測定部が測定した工具寸法特徴量を前記工具データベースと照合し、前記工具データベースに登録されたそれぞれの工具について、前記識別対象工具が当該工具である尤度を算出する照合部を備え、前記照合部により算出された尤度に基づいて、前記識別対象工具が前記工具データベースに登録されたいずれの工具であるのかを識別する、工具識別システムである。

本発明により、オペレータが工具ＩＤ等を調べて手入力で工具の設定をする手間を省くことができ、オペレータの手入力による入力ミスを減らすことができるようになる。また、二次元コード等を用いて工具ＩＤを工具に印字する従来技術と比べて、コードを生成、印字する設備を設ける必要がなく、磨耗などにより読み取り不能になる恐れがなくなる。更に、主として工具の刃先側の工具寸法特徴量が把握できれば工具の識別が可能となるので、ポットや刃物台等を気にせずに工具の識別ができるようになる。更に、工作機械に取り付けた工具の工具データベースに対する登録が自動化できるので、生産システムに管理下にある工作機械の工具取付状況を把握させることができ、いずれの工作機械でどのような加工が可能であるのか生産システム上で管理可能となり、生産計画実行が自動化できる。

本発明の第１実施形態による工具識別装置の概略的なハードウェア構成図である。本発明の第１実施形態による工具識別装置の概略的な機能ブロック図である。工具仕様データベースに登録された工具仕様データの例を示す図である。工具データベースに登録された工具管理データの例を示す図である。照合部による尤度の算出例を示す図である。本発明の第１実施形態の変形例による工具識別装置の概略的な機能ブロック図である。本発明の第１実施形態に他の変形例による工具識別装置の概略的な機能ブロック図である。本発明の第２実施形態による工具識別装置の概略的な機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は第１実施形態による工具識別装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。工具識別装置１は、例えば工作機械を制御する制御装置や、該制御装置に併設されたパソコン、該制御装置に有線／無線のネットワークで接続されたセルコンピュータ、ホストコンピュータ、エッジサーバ、クラウドサーバ等のコンピュータとして実装することができる。本実施形態では、工具識別装置１を、工作機械を制御する制御装置上に実装した場合の例を示す。

本実施形態による工具識別装置１が備えるＣＰＵ１１は、工具識別装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス２０を介して読み出し、該システム・プログラムに従って工具識別装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ、図示しない入力部を介してオペレータが入力した各種データ等が一時的に格納される。

不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやＳＳＤ等で構成され、工具識別装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して外部機器７２から読み込まれた制御用プログラムや表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力された制御用プログラム、工具識別装置１の各部や工作機械、センサ等から取得された各種データが記憶される。不揮発性メモリ１４に記憶された制御用プログラムや各種データは、実行時／利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。また、ＲＯＭ１２には、公知の解析プログラムなどの各種のシステム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。

インタフェース１５は、工具識別装置１とＵＳＢ装置等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは制御用プログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、工具識別装置１内で編集した制御用プログラムや各種パラメータ等は、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、工具識別装置１に内蔵されたシーケンス・プログラムで工作機械及び該工作機械の周辺装置（例えば、工具交換装置や、ロボット等のアクチュエータ、工作機械に取付けられているセンサ等）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチや周辺装置等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。

表示器／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース１８は表示器／ＭＤＩユニット７０のキーボードからの指令，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。インタフェース１９は各軸を手動で駆動させる際に用いる手動パルス発生器等を備えた操作盤７１に接続されている。

インタフェース２１は、工具識別装置１を有線／無線のネットワーク７と接続するためのインタフェースである。ネットワーク７には、後述するデータベースサーバ８や、工場内に設置された工作機械を制御する制御装置や、セルコンピュータ、エッジコンピュータ、ホストコンピュータ等のコンピュータ等が接続され、ネットワーク７を介した情報のやり取りを相互に行っている。

工作機械が備える軸を制御するための軸制御回路３０はＣＰＵ１１からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、工作機械が備える軸を移動させるサーボモータ５０を駆動する。軸のサーボモータ５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる工作機械に備えられた軸の数だけ用意される。

スピンドル制御回路６０は、主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、工作機械のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させ、工具を駆動する。スピンドルモータ６２にはポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１によって読み取られる。

データベースサーバ８は、工場での工具管理に利用される工具データベースが動作するサーバコンピュータである。データベースサーバ８が備えるＣＰＵ８１は、データベースサーバ８を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ８１は、ＲＯＭ８２に格納されたシステム・プログラムをバス９０を介して読み出し、該システム・プログラムに従ってデータベースサーバ８全体を制御する。ＲＡＭ８３には一時的な計算データや表示データ、入力装置９２を介してオペレータが入力した各種データ等が一時的に格納される。

不揮発性メモリ８４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやＳＳＤ、ＨＤＤ等で構成され、データベースサーバ８の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ８４には、データベースサーバ８を工具データベースとして動作させるデータベースシステムプログラムや、工具データベースに登録された工具に係るデータ等が記憶される。不揮発性メモリ８４に記憶されたデータベースシステムプログラムや各種データは、実行時／利用時にはＲＡＭ８３に展開されても良い。また、ＲＯＭ８２には、公知の解析プログラムなどの各種のシステム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。

表示装置９１には、データベースシステムプログラム等が実行された結果として得られたデータ等がインタフェース８７を介して出力されて表示される。また、キーボードやポインティングデバイス等から構成される入力装置９２は、作業者による操作に基づく指令，データ等を受けて、インタフェース８８を介してＣＰＵ８１に渡す。

インタフェース８９は、データベースサーバ８を有線／無線のネットワーク７と接続するためのインタフェースである。ネットワーク７には、工具識別装置１や、工場内に設置された工作機械を制御する制御装置や、セルコンピュータ、エッジコンピュータ、ホストコンピュータ、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置等のコンピュータ、ＭＥＳ（ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｘｅｃｕｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ：製造実行システム）等のシステムが接続され、ネットワーク７を介した情報のやり取りを相互に行っている。

図２は、本実施形態による工具識別装置１の概略的な機能ブロック図である。図２に示した各機能ブロックは、図１に示した工具識別装置１が備えるＣＰＵ１１が、システム・プログラムを実行し、工具識別装置１の各部の動作を制御することにより実現される。

本実施形態の工具識別装置１は、工具画像取得部１００、工具種類識別部１１０、工具寸法特徴量測定部１２０、照合部１３０、表示部１４０を備える。また、データベースサーバ８には、工場内で使用されるそれぞれの工具の各情報（工具を識別する工具ＩＤ、工具名、工具メーカ名、工具寸法特徴量、工具が取り付けられた工作機械の識別情報、工具が取り付けられたポット番号等）を含む工具管理データが登録された工具データベース２００と、工具の種類毎に概略形状や工具寸法特徴項目等を含む工具仕様データが登録された工具仕様データベース２１０とが用意されている。

工具画像取得部１００は、撮像装置４が、オペレータにより工具交換装置３に対して取り付けられた工具（識別対象工具）を撮像して得られた該識別対象工具の画像データを取得する機能手段である。撮像装置４は、例えばＣＣＤ等の撮像素子を有する電子カメラや、撮像対象物を３次元的に撮像可能なロボットビジョン等の３次元カメラであって良い。撮像装置４は、例えば図示しないロボットのハンドに取り付けられ、該ロボットにより識別対象となる工具を撮像する撮像位置に移動され、該工具を撮像して得られた画像データを工具識別装置１へと出力する。撮像装置４は、例えば工具交換装置３の近傍のいずれかの位置に固定的に設置され、工具交換装置３が備える所定の位置のポットに取り付けられた工具を撮像して画像データを出力するようにしても良い。撮像装置４による対象物の撮像に係る制御は、工具識別装置１がプログラムを実行することにより行うようにしても良いし、撮像装置４がロボットに取り付けられている場合には該ロボットを制御するロボットコントローラから撮像の制御をするようにしても良い。また、オペレータによる操作盤からの指令や、他の装置からの指令により撮像の制御を行うようにしても良い。

工具種類識別部１１０は、工具画像取得部１００が取得した画像データから識別対象工具の工具形状を認識することで、該識別対象工具の工具の種類を識別する機能手段である。工具種類識別部１１０は、工具仕様データベース２１０に記憶されている工具の種類毎の概略形状と工具画像取得部１００が取得した画像データとの間で一般化ハフ変換、ＲＡＮＳＡＣ、ＩＣＰアルゴリズム等の公知のパターンマッチング処理を実行し、該画像データに撮像されている識別対象工具が最も一致度が高かった概略形状に対応する工具の種類であると識別する。なお、一般に工具が工具交換装置３のポットに取り付けられている場合、工具の根元の部分はポットに隠れて見えなくなる。そのため、公知のパターンマッチング処理の中でも、部分的なマッチングに優れたアルゴリズムを採用すると好適である。

図３は、工具仕様データベースに登録されている工具仕様データの例を示す図である。なお、図３の例では、工具仕様データとして工具の種類と概略形状、工具寸法特徴項目が示されているが、工具仕様データにはその他も工具の仕様に係るデータが含まれていても良い。工具仕様データベースには、少なくとも工具の種類と、概略形状と、工具寸法特徴項目とが関連付けられた工具仕様データが、それぞれの工具の種類毎に登録されている。ここで、工具の種類は、例えば穴あけ工具、ねじ切り工具、エンドミル工具等のように、同種の加工を行うための類似した形状を持つ工具毎にまとめられる。また、概略形状は、同じ工具の種類に属する工具の一般的な形状を示すものであり、工具寸法特徴項目は、同じ工具の種類に属する工具の違いを特定するための特徴的な工具寸法の項目を示すものである。例えば、図３に示した例では、穴あけ工具に属する工具は、図に示されるような概略形状に類似した形状をしており、それぞれの工具寸法特徴項目（穴あけ工具の場合、ＤＣ：切削径，ＳＩＧ：先端角，ＰＬ：先端と肩部寸法差、ＬＣＦ：フルート長さ，ＬＨ：ヘッド長さ，ＯＡＬ：全長，ＬＦ：機能長さ，ＤＣＯＮ：接続径の７項目）の特徴量が異なることが工具仕様データにより示されている。

工具仕様データの工具の種類毎の概略形状と工具寸法特徴項目は、例えばＩＳＯ１３３９９等の工具の表現に関する規格等を参考にして定めるようにしても良く、また、同じ種類の工具で工具の概略形状が異なるものがある場合には、工具の種類をさらに細分化しても良い。また、工具仕様データにおける概略形状は、工具の種類に属する工具の概略形状を示す画像データとして定義してもよいが、工具種類識別部１１０によるパターンマッチング処理に適したモデルパターン（例えば、特徴点の集合）として定義しても良く、その場合、工具の種類に属する工具の工具寸法特徴項目についてはモデルパターンのデータとの関係により定義すれば良い。例えば、工具の概略形状のモデルパターンを特徴点の集合で表現している場合には、（例えば、ＤＣは特徴点ａと特徴点ｂの距離、ＳＩＧは特徴点ｃと特徴点ｄを結んだ線分と、特徴点ｃと特徴点ｅを結んだ線分の成す角度といったように）それぞれの特徴点との関係により工具寸法特徴項目を定義するようにしても良い。

工具寸法特徴量測定部１２０は、画像データ内の識別対象工具の画像から工具寸法特徴量を測定する機能手段である。工具寸法特徴量測定部１２０は、工具種類識別部１１０が識別対象工具の工具の種類を識別する際に公知のパターンマッチング手法を用いて認識した識別対象工具の画像の形状に基づいて、該識別対象工具が属する工具の種類に対応したそれぞれの工具寸法特徴項目について工具寸法特徴量を測定する。工具寸法特徴量測定部１２０による長さに係る工具寸法特徴項目の工具寸法特徴量を測定する方法としては、例えば、予め撮像装置４の撮像位置から工具を撮像した場合における１ピクセル分の長さを測定しておき、識別対象工具の画像の工具寸法特徴項目に該当する部分のピクセル数を測定し、それに予め測定しておいた１ピクセル分の長さを乗じることで求めるようにしても良い。また、工具寸法特徴量測定部１２０による角度に係る工具寸法特徴項目の工具寸法特徴量を測定する方法としては、例えば識別対象工具の画像の工具寸法特徴項目に該当する部分の角度を測定した値を角度に係る工具寸法特徴量とすれば良い。また、撮像装置４として３次元カメラを用いることができる場合には、公知の３次元測定にかかる手法を用いて各工具寸法特徴量を測定するようにしても良い。なお、識別対象工具の画像の中から工具寸法特徴項目に対応する部分を特定する方法としては、例えば、上記したように概略形状を特徴点の集合などのモデルパターンで示している場合には、パターンマッチング処理をした際に特定された識別対象工具の画像内の特徴点を用いて、工具寸法特徴項目に対応する部分を特定すれば良い。

なお、一般に工具が工具交換装置３のポットに取り付けられている場合、工具の根元の部分はポットに隠れて見えなくなる。そのため、穴あけ工具を例とした場合、ＬＦを、ＯＡＬ、ＤＣＯＮ等の工具寸法特徴量を測定することはできないが、工具の先端部近辺の工具寸法特徴量が把握できれば工具の識別は十分可能であるため、この点が問題になることはない。

照合部１３０は、工具寸法特徴量測定部１２０が測定した識別対象工具の工具寸法特徴量を工具データベース２００に登録されたそれぞれの工具に係る工具管理データと照合し、それぞれの工具について識別対象工具が当該工具である尤度を算出する機能手段である。図４は、工具データベース２００に登録されている工具管理データの例を示す図である。なお、図４の例では、工具管理データとして工具ＩＤと工具寸法特徴量が示されているが、工具管理データにはその他も工具に係るデータが含まれていても良い。工具データベース２００には、少なくとも工具を一意に識別する工具ＩＤ（ＳＤＲＬ１，ＳＤＲＬ２，…）と各々の工具の工具寸法特徴量とが関連付けられている工具管理データが登録されている。図４の例では、例えば工具ＩＤがＳＤＲＬ１で一意に識別される工具は、ＤＣ値が１．７ｍｍ、ＬＣＦ値が２６．３ｍｍ、…という工具寸法特徴量で特徴づけられる穴あけ工具である。照合部１３０は、工具寸法特徴量測定部１２０が測定した識別対象工具の工具寸法特徴量と、工具データベース２００に登録されているそれぞれの工具の工具寸法特徴量との間で、例えば以下の数１式を用いて偏差量Ｅを計算し、該偏差量Ｅが低いものを識別対象工具が当該工具である尤度が高いものとする（例えば、偏差量Ｅの逆数を尤度として算出するようにしても良い）。なお、数１式においてＸｍ_i（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、識別対象工具の各工具寸法特徴量を、Ｘｃ_i（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、尤度の計算対象の工具データベース２００に登録されている工具の各工具寸法特徴量である。

照合部１３０は、このようにして識別対象工具と工具データベース２００に登録されているそれぞれの工具との間で尤度を算出し、例えば、算出した尤度が最も高い工具が識別対象工具（工具交換装置３のポットに取り付けられた工具）であるとして、不揮発性メモリ１４上に設けられた工具管理データ記憶領域や、工具データベース２００に登録（出力）するようにしても良い。また、照合部１３０は、例えば、算出した尤度が高い上位の工具を登録候補として、表示部１４０に対して出力し、これを受けた表示部１４０が表示器／ＭＤＩユニット７０に対して工具の登録候補として尤度と共に表示してオペレータに選択を促し、オペレータが選択した工具が識別対象工具（工具交換装置３のポットに取り付けられた工具）であるとして、不揮発性メモリ１４上に設けられた工具管理データ記憶領域や、工具データベース２００に出力するようにしても良い。

図５は、照合部１３０が実行する照合処理の例を示す図である。例えば、図４に示すように、識別対象工具が穴あけ工具であると識別され、各工具寸法特徴項目が、ＤＣ＝１．８５２ｍｍ、ＬＣＦ＝２７．９３４ｍｍ、ＬＨ＝３０．１０２ｍｍ、ＰＬ＝０．４３３ｍｍ、ＳＩＧ＝１４２．３°と測定されたとする（図４では、ＯＡＬ，ＬＦ、ＤＣＯＮについては、ポットに隠れて測定できない為、＊としている）。この時、照合部１３０は、ＤＣ，ＬＣＦ，ＬＨ、ＰＬ，ＳＩＧの各工具寸法特徴項目の工具寸法特徴量について、識別対象工具と、工具データベースに登録されているそれぞれの穴あけ工具ＳＤＲＬ１，ＳＤＲＬ２，ＳＤＲＬ３，ＳＤＲＬ４との間で、数１式を用いて偏差量Ｅを算出する。そして、照合部１３０は、工具識別装置１が識別対象工具を自動的に登録するように設定されている場合には、算出された偏差量Ｅが最も小さいＳＤＲＬ２（偏差量Ｅ＝０．０２６２）が識別対象工具である尤度が最も高いものとして、不揮発性メモリ１４上に設けられた工具管理データ記憶領域へ登録し、また、穴あけ工具ＳＤＲＬ２が工具識別装置１が制御している工作機械のポットに取り付けられた旨を工具データベース２００へ登録する。また、照合部１３０は、工具識別装置１が識別対象工具を半自動的に登録するように設定されている場合には、予め定めた所定の閾値以上の尤度（或いは、予め定めた所定の閾値以下の偏差値Ｅ）の工具を候補として表示器／ＭＤＩユニット７０に表示するように表示部１４０に対して指令し（例えば、図４において偏差値Ｅが０．０２以下の工具を候補とする場合、ＳＤＲＬ２，ＳＤＲＬ３が表示器／ＭＤＩユニット７０に表示される）、その中からオペレータが選択した工具を、不揮発性メモリ１４上に設けられた工具管理データ記憶領域へ登録し、また、選択された工具が工具識別装置１が制御している工作機械のポットに取り付けられた旨を工具データベース２００へ登録する。

上記構成備えた本実施形態の工具識別装置１では、オペレータが工具ＩＤ等を調べて手入力で工具の設定をする手間を省くことができ、オペレータの手入力による入力ミスを減らすことができるようになる。また、二次元コード等を用いて工具ＩＤを工具に印字する従来技術と比べて、コードを生成、印字する設備を設ける必要がなく、磨耗などにより読み取り不能になる恐れがなくなる。更に、主として工具の刃先側の工具寸法特徴量が把握できれば工具の識別が可能となるので、ポットや刃物台等を気にせずに工具の識別ができるようになる。更に、工作機械に取り付けた工具の工具データベース２００に対する登録が自動化できるので、生産システムに管理下にある工作機械の工具取付状況を把握させることができ、いずれの工作機械でどのような加工が可能であるのか生産システム上で管理可能となり、生産計画実行が自動化できる。

本実施形態の一変形例として、照合部１３０が、識別対象工具がいずれの工具であるのかの度合いを示す尤度を算出する際に、数１式を用いるだけに留まることなく、２組の数値のセットの間の類似性や偏差量を算出する一般的な統計式を適宜採用するようにしても良い。また、識別対象工具と工具データベース２００に登録されている各工具との間の尤度を算出する際に、例えば以下の数２式を用いて、それぞれの工具寸法特徴項目に対して重みａ_i（ｉ＝１，２，…，ｎ）を持たせるようにしても良い。例えば、穴あけ工具の例では、先端角ＳＩＧや先端と肩部寸法差ＰＬ等の値は撮像装置４で撮像した画像データから精度高く測定しにくい場合がある他、工具を使い続けることで磨耗して値が変化する場合も多いので、該工具寸法特徴項目についての重みを他の工具寸法特徴項目に対して重みを減らして、尤度の算出に大きな影響を与えないようにすることで、工具識別精度を向上させることが期待できる。

本実施形態の他の変形例として、照合部１３０は、工具データベースに尤度の高い工具が登録されていない場合（例えば、予め定めた閾値よりも高い尤度の工具が無かった場合、又は、予め定めた閾値よりも低い偏差度の工具が無かった場合）、工具種類識別部１１０が識別した識別対象工具の工具の種類と、工具寸法特徴量測定部１２０が測定した識別対象工具の工具寸法特徴量を、新たに導入された工具として、不揮発性メモリ１４上に設けられた工具管理データ記憶領域や、工具データベース２００に登録（出力）するようにしても良い。また、その際に、新たに導入された工具であるか確認する指令を表示部１４０へと出力し、オペレータの承諾操作を以て不揮発性メモリ１４上に設けられた工具管理データ記憶領域や、工具データベース２００に登録（出力）するようにしても良い。このように動作させることで、新たな工具を導入するに際して、該工具に係るデータを制御装置としての工具識別装置１や工具データベース２００に対して登録し直す手間を省くことが可能となる。

また、このようにして工具データベース２００に登録された工具管理データを、加工を実施する工作機械を決定するために利用することが可能となる。例えば、図６に例示されるように、ＭＥＳ９において、加工指示書等により加工の指示を受けた時、当該加工に必要とされる工具を備えた工作機械２を、工具データベース２００を参照することにより特定し、加工に必要とされる工具を備えた工作機械の中から、現在加工を実施していない空いている工作機械２や、製造計画全体を最短時間で完了できる工作機械２等を加工を実施する工作機械として決定し、該工作機械２に対して加工指示書等で指示された加工を実施するように指令するようにしても良い。

更に、このようにして工具データベース２００に登録された工具管理データを、工作機械において実行される加工プログラムの生成に利用することも可能である。例えば、加工を実施する工作機械２が決定された場合において、図７に例示されるように、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５において、該工作機械２において加工を実施するための加工プログラムを生成する際に、加工に使用する工具が決定済みである時、工具データベース２００を参照して加工実施する工作機械２の工具管理データを取得し、取得した工具管理データに合わせて加工プログラム中の工具指定するコードを生成または修正することができ、オペレータが工具に係る情報をＣＡＤ／ＣＡＭ装置５に対して入力する手間を省くことができる。

図８は、第２実施形態による工具識別装置１の概略的な機能ブロック図である。図８に示した各機能ブロックは、図１に示した工具識別装置１が備えるＣＰＵ１１、データベースサーバ８が備えるＣＰＵ８１が、それぞれのシステム・プログラムを実行し、工具識別装置１及びデータベースサーバ８の各部の動作を制御することにより実現される。

本実施形態による工具識別装置１は、第１実施形態において工具識別装置１が備えていた照合部１３０が、データベースサーバ８上に照合部２２０として実装されたものである。このように構成された第２実施形態による工具識別装置１は、データベースサーバ８が備える照合部２２０と共に工具識別システム３００として動作する。

本実施形態による工具識別装置１が備える工具寸法特徴量測定部１２０は、識別対象工具の工具寸法特徴量を測定した後に、工具種類識別部１１０が識別した識別対象工具の工具の種類と、測定した工具寸法特徴量とをデータベースサーバ８の照合部２２０へと送信する。これを受けた照合部２２０は、第１実施形態の照合部と同様に、工具データベース２００に登録された各工具との間で尤度を算出し、算出した尤度に基づいて工具識別装置１の不揮発性メモリ１４上に設けられた工具管理データ記憶領域への登録や、工具データベース２００への登録を行うようにしても良いし、複数の工具の候補を工具識別装置１の表示部１４０へと送信し、オペレータに対して工具を選択させ、選択された工具を工具識別装置１の不揮発性メモリ１４上に設けられた工具管理データ記憶領域へ登録したり、工具データベース２００への登録を行うようにしても良い。

なお、照合部２２０は、工具識別装置１上や、データベースサーバ８上に設けるに留まることなく、工具識別装置１及びデータベースサーバとネットワーク７を介して通信可能ないずれの装置上に設けるようにしても良い。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
上記した実施形態では、工具識別装置１が制御装置上に実装されたものとして説明しているが、工具識別装置１を制御装置と通信可能なコンピュータ上に実装する場合に、照合部１３０，２２０は、算出した尤度が最も高い工具乃至オペレータが選択した工具を、工具データベース２００に登録（出力）すると共に、該工具が取り付けられた工作機械を制御する制御装置に対して登録するようにしても良い。

１工具識別装置
２工作機械
３工具交換装置
４撮像装置
５ＣＡＤ／ＣＡＭ装置
７ネットワーク
８データベースサーバ
９ＭＥＳ
１１ＣＰＵ
１２ＲＯＭ
１３ＲＡＭ
１４不揮発性メモリ
１５，１８，１９，２１インタフェース
１６ＰＭＣ
１７Ｉ／Ｏユニット
２０バス
３０軸制御回路
４０サーボアンプ
５０サーボモータ
６０スピンドル制御回路
６１スピンドルアンプ
６２スピンドルモータ
６３ポジションコーダ
７０表示器／ＭＤＩユニット
７１操作盤
７２外部機器
８１ＣＰＵ
８２ＲＯＭ
８３ＲＡＭ
８４不揮発性メモリ
８７，８８，８９インタフェース
９１表示装置
９２入力装置
１００工具画像取得部
１１０工具種類識別部
１２０工具寸法特徴量測定部
１３０照合部
１４０表示部
２００工具データベース
２１０工具仕様データベース
２２０照合部
３００工具識別システム

Claims

工具の種類毎に、該工具の種類の概略形状と、該工具の種類に属する工具を特定するための工具寸法特徴項目が定義された工具仕様データベース、及び、工具毎に、該工具を一意に識別可能な工具ＩＤと、少なくとも該工具の種類に応じた前記工具寸法特徴項目の工具寸法特徴量が関連付けられた工具管理データが記憶された工具データベースと通信可能に接続され、工作機械に取り付けられた少なくとも１つの工具を識別する工具識別装置において、
前記工作機械に取り付けられた識別対象工具の画像を撮像した画像データを取得する工具画像取得部と、
前記工具仕様データベースに記憶された工具の種類毎に定義された工具の種類の概略形状を参照し、前記画像データから前記識別対象工具の形状を認識することにより該識別対象工具の工具の種類を識別する工具種類識別部と、
前記工具仕様データベースを参照して、前記識別対象工具の工具の種類に対応する工具寸法特徴項目を特定し、特定した工具寸法特徴項目に係る前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記画像データから測定する工具寸法特徴量測定部と、
前記工具寸法特徴量測定部が測定した工具寸法特徴量を前記工具データベースと照合し、前記工具データベースに登録されたそれぞれの工具について、前記識別対象工具が当該工具である尤度を算出する照合部と、
を備え、
前記照合部により算出された尤度に基づいて、前記識別対象工具が前記工具データベースに登録されたいずれの工具であるのかを識別する、
工具識別装置。
前記照合部は、前記工具データベース上に尤度の高い情報が無い場合、工具種類識別部が識別した識別された前記識別対象工具の工具の種類及び工具寸法特徴量測定部が測定した前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記工具データベースに登録する、
請求項１に記載の工具識別装置。
工具の種類毎に、該工具の種類の概略形状と、該工具の種類に属する工具を特定するための工具寸法特徴項目が定義された工具仕様データベース、及び、工具毎に、該工具を一意に識別可能な工具ＩＤと、少なくとも該工具の種類に応じた前記工具寸法特徴項目の工具寸法特徴量が関連付けられた工具管理データが記憶された工具データベースと、前記工具仕様データベース及び前記工具データベースと通信可能に接続された工具識別装置を備えた工具識別システムにおいて、
前記工具識別装置は、
工作機械に取り付けられた識別対象工具の画像を撮像した画像データを取得する工具画像取得部と、
前記工具仕様データベースに記憶された工具の種類毎に定義された工具の種類の概略形状を参照し、前記画像データから前記識別対象工具の形状を認識することにより該識別対象工具の工具の種類を識別する工具種類識別部と、
前記工具仕様データベースを参照して、前記識別対象工具の工具の種類に対応する工具寸法特徴項目を特定し、特定した工具寸法特徴項目に係る前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記画像データから測定する工具寸法特徴量測定部と、
を備え、
前記工具識別システムは、
前記工具識別装置と通信可能に接続され、前記工具寸法特徴量測定部が測定した工具寸法特徴量を前記工具データベースと照合し、前記工具データベースに登録されたそれぞれの工具について、前記識別対象工具が当該工具である尤度を算出する照合部を備え、
前記照合部により算出された尤度に基づいて、前記識別対象工具が前記工具データベースに登録されたいずれの工具であるのかを識別する、
工具識別システム。